道路清障車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含CAD圖

道路清障車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含CAD圖,道路,清障車,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),cad 道路清障車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 道路清障車（也稱清障車）對于處理道路交通事故、保障道路通暢具有重要的的意義。在交通快速發(fā)展的今天，道路清障車的重要性日益體現(xiàn)。本文首先介紹了清障車的起源、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及研究現(xiàn)狀、國內(nèi)清障車與國外先進(jìn)水平的差距、通過查閱相關(guān)資料了解到國內(nèi)外先進(jìn)的清障車生產(chǎn)廠家及其代表車型，并且從多方面提出制約我國清障車發(fā)展的因素；然后列出了清障車的主要組成和各部分工作特點(diǎn)，通過對清障車分類以及清障車輔具的配置詳細(xì)介紹了各類清障車的優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過對比和分析之后選擇了拖吊聯(lián)體型道路清障車作為本次研究的對象，并對清障車總體布置進(jìn)行設(shè)計(jì)，對其中的托舉機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的探討，完成了對清障車主要部件的分析計(jì)算；最后通過應(yīng)用UG以及Auto CAD完成對道路清障車的總體建模及二維工程圖的繪制。 關(guān)鍵詞：道路清障車 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 建模 Road wrecker structure design Abstract Wrecker (also called wrecker) has important significance for ensuring smooth roads, road traffic accident. With the rapid development of traffic today, the importance of road wrecker is increasingly reflected. In this paper, we first introduce the wrecker's origin, the development status and the research status, with advanced level in foreign countries the wrecker of domestic gap, through access to relevant information to understand to the domestic and foreign advanced wrecker manufacturer and representative models and the proposed factors restricting the development of our country wrecker; then list the wrecker's main components and the working characteristics, through the wrecker AIDS wrecker classification and configuration are introduced in detail. The advantages and disadvantages of all kinds of wrecker. After comparing and analyzing chose towing combined type road clear barrier car as the research object, and carries on the design to the general layout of the wrecker , on the lifting mechanism were detailed discussion, on the analysis of the main components of the wrecker calculation; the application of UG and AutoCAD complete the wrecker general modeling and 2D engineering drawings drawing. Keywords: road wrecker，modeling，structure 目錄 第1章 緒論........................................ 1 1.1 課題背景及意義... 1 1.2 清障車簡介........... 1 1.3 國內(nèi)道路清障車的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 1.3.1 國內(nèi)道路清障車的研究現(xiàn)狀 2 1.3.2 國內(nèi)清障車的發(fā)展趨勢 3 1.3.3 影響我國清障車發(fā)展的因素 4 1.4 目前國內(nèi)外典型道路清障車廠家及其代表車型 5 1.4.1 國內(nèi)典型道路清障車廠家及其代表車型 6 1.4.2 國外典型道路清障車廠家及其代表車型 6 1.5 主要研究的內(nèi)容 7 1.6 本章小結(jié) 8 第2章 清障車的方案設(shè)計(jì) 9 2.1 清障車主要結(jié)構(gòu) 9 2.2清障車的分類 13 2.3 清障車的配置使用 17 2.4 研究對象參數(shù)介紹 17 2.5 托舉裝置結(jié)構(gòu)分析 18 2.5.1 提升機(jī)構(gòu).................... 19 2.5.2 托臂連接形式............ 19 2.5.3 分析比較 19 2.6 本章小結(jié) 20 第3章 清障車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 21 3.1 后懸距及尾橫梁分析 21 3.2 吊臂位置布置 22 3.3 清障車最大托舉質(zhì)量 23 3.4 前后軸軸荷對托舉能力的影響 25 3.5 清障車動力性計(jì)算 25 3.6 本章小結(jié) 26 第4章 道路清障車的建模 27 4.1 UG簡介................. 27 4.1.1 UG的結(jié)構(gòu) 27 4.1.2 UG與其他三維軟件相比所占的優(yōu)勢 28 4.2 各部件的UG建模 28 4.2.1 道路清障車的總體建模 28 4.2.2 液壓缸的建模 29 4.2.3 吊臂的建模 30 4.2.4 托臂的建模 31 4.2.5 其他主要裝置的建模 31 4.3本章小結(jié) 33 第5章 結(jié)論與展望............. 34 致謝 37 IV 第1章 緒論 1.1 課題背景及意義 隨著我國公路運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展以及車輛的普及，我們現(xiàn)在可以快速有效的出行，但隨之而來的問題是：交通事故也相應(yīng)增多，而且故障車型大小不一，針對這種情況，道路清障車應(yīng)運(yùn)而生。道路清障車是指具有道路搶險(xiǎn)作業(yè)裝備的專用汽車。清障車主要是由底盤、起重裝置、托舉牽引裝置、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、車體與工具箱等組成。具有起吊、拽拉和托舉牽引等多項(xiàng)功能。適用于高速公路、城市道路的清障作業(yè)。道路清障車的任務(wù)就是快速的處理故障車輛以及違章停放的車輛，確保道路暢通。 發(fā)展經(jīng)濟(jì)，交通先行，其止確性己為全社會的實(shí)踐所證實(shí)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展和公路之通事業(yè)的迅速崛起，各行業(yè)部門或者企事業(yè)單位對清障車的外觀設(shè)計(jì)、功能、主要用途等都有不同程度的要求，這不儀僅是要求數(shù)量上的增加，更應(yīng)該是質(zhì)量和技術(shù)上的提高[1]；不僅僅是操作可行性的穩(wěn)定性，更應(yīng)該是操作安全、快捷、可靠方而的改進(jìn)因此，清障作業(yè)的平安和快速成為道路清障拯救的兩項(xiàng)重要指標(biāo)，因此清障車研發(fā)的工作需要前行[1]。 1.2 清障車簡介 清障車是用于清除道路障礙車輛的專用程車輛，它裝備有托舉、拖曳、起重等裝置，如圖1-1所示。它由底盤、起升機(jī)構(gòu)、托舉機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、車體和工具箱組成，具有托舉牽引、拽拉和起吊等功能，適用于城市道路、高速公路的清障作業(yè)[2]，對于其詳細(xì)分類以及功能介紹將在第2章中詳述。世界上第一臺清障車誕生于20世紀(jì)50年代的美國，當(dāng)時(shí)清障車結(jié)構(gòu)十分簡單，采用卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)將故障車輛拖離現(xiàn)場，這是清障車發(fā)展的第一階段[3]。20世紀(jì)70年代后，隨著液壓技術(shù)和控制技術(shù)的引入，清障車行業(yè)得到了飛速的發(fā)展，全液壓的清障車也開始出現(xiàn)，此為清障車發(fā)展的第二階段[3]。進(jìn)入21世紀(jì)，全球公路和機(jī)動車數(shù)量飛速增長，清障車行業(yè)也進(jìn)入了高速發(fā)展的階段，清障車功能呈現(xiàn)多樣化、重型化、智能化的發(fā)展趨勢，全鋁車身的清障車也開始出現(xiàn)[4]。 圖1-1 道路清障車 我國清障車行業(yè)起步于20世紀(jì)90年代初期，歷經(jīng)整車進(jìn)口、模仿制造到自主開發(fā)的過程[5]。伴隨著我國公路里程的發(fā)展以及汽車保有量的增加，對國產(chǎn)清障車的生產(chǎn)技術(shù)有了更高的要求，從而也促進(jìn)了我國清障車的發(fā)展，目前已形成了系列化、人性化、智能化的產(chǎn)品。常見的清障車可分為平板型和拖吊型。 1.3 國內(nèi)道路清障車的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 我國道路建筑速度隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷加快，道路建設(shè)貫穿了我國大江南北，把我國整體連成一體，各個(gè)城市、不同地區(qū)架起了溝通的橋梁，促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高了我國交通運(yùn)輸能力[7]。隨著道路的建設(shè)項(xiàng)目增加，道路清障工作也隨著交通日益發(fā)達(dá)而逐漸興起，并變得越來越重要，清障車的出現(xiàn)為道路清障工作提供了有效的幫助，其快速處理事故的能力日益得以體現(xiàn)。我國開始研發(fā)清障車的時(shí)間較晚，如何提高我國清障車的制造技術(shù)是保證道路安全、暢通運(yùn)行的基本條件[6]。 1.3.1 國內(nèi)道路清障車的研究現(xiàn)狀 我國道路清障車引進(jìn)與上世紀(jì)八十年代，與發(fā)達(dá)國家相比已經(jīng)從時(shí)間上落后很多了，但伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展清障車的發(fā)展也非常的迅速。從國內(nèi)的需求來看，我國的生產(chǎn)技術(shù)和研發(fā)技術(shù)都能夠滿足，但是和國外先進(jìn)的技術(shù)水平相比，還是存在一定的差距的，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[1]： （1）現(xiàn)階段，我國使用的清障車是將載貨汽車的地盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造來完成的，由于汽車的底盤不能進(jìn)行大批量的采購使用，所以在清障車的研發(fā)和資金投入的力度非常小[6]。而這一點(diǎn)也就導(dǎo)致了我國生產(chǎn)的道路清障車在功能配置等方面不夠合理，軸荷分布不夠均勻，從而使清障車在工作中底盤的能力發(fā)揮不出來，致使我國清障車技術(shù)發(fā)展滯后，甚至停滯不前。 （2）我國的自主研發(fā)實(shí)際上還是要靠模仿國外先進(jìn)產(chǎn)品完成的，真正具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的清障車幾乎沒有。很多企業(yè)由于沒有相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)量少。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，在研發(fā)這一塊投入的資金較少，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量較低、功能較少、性能較差[6]；只有少數(shù)企業(yè)為了提高市場競爭力，在道路清障車的生產(chǎn)制造方面采用較為先進(jìn)的等離子、激光技術(shù)，以此來增加產(chǎn)品的技術(shù)含量，然而想要成為國內(nèi)市場的主流還需要很長一段時(shí)間。 （3）我國的道路清障車只注重了清障車最基本的救援和清障的功能，對于智能化的技術(shù)并沒有涉入很深，智能化的監(jiān)控儀器應(yīng)用的非常少。這是國內(nèi)清障車落后非常多的一個(gè)點(diǎn)。 1.3.2 國內(nèi)清障車的發(fā)展趨勢 在發(fā)達(dá)國家，清障車的研發(fā)和技術(shù)方面都非常成熟，其主要結(jié)構(gòu)技術(shù)的創(chuàng)新和需要改進(jìn)的地方很少，國外清障車的主要發(fā)展趨勢逐步向人性化設(shè)計(jì)和人性化服務(wù)方面延伸[6]。同時(shí)，隨著國際聯(lián)合國機(jī)構(gòu)提倡節(jié)能環(huán)保的理念，在清障車的設(shè)計(jì)和研發(fā)上也日趨朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。我國不僅要提高清障車的研發(fā)力度，還要結(jié)合我國道路發(fā)展的實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)自身道路清障能力為主要目標(biāo)[6]。具體的發(fā)展方向可以分為以下幾個(gè)方面[6]： (1)高速公路機(jī)械管理 隨著我國道路建設(shè)力度不斷加快，高速公路建設(shè)工程在機(jī)械化管理環(huán)節(jié)日顯薄弱，加強(qiáng)高速公路在機(jī)械管理方面的投資力度，提高清障車在技術(shù)上的突破和功能上的優(yōu)化，結(jié)合我國高速公路的實(shí)際情況與需要，科學(xué)合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)清障車，有針對性的實(shí)施高速公路清障工作是道路清障車發(fā)展中需要解決的首要問題[7]。 (2)清障車底盤專用化 目前道路清障車的底盤大部分采用二類底盤稍加改造而成，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并沒有照顧到道路清障車的使用環(huán)境。為了擺脫現(xiàn)階段我國清障車底盤設(shè)計(jì)的不合理化，就需要研發(fā)專用的底盤，不再依靠載貨汽車底盤改造來維持清障車現(xiàn)有的模仿形式，研發(fā)專用的二類底盤，使整輛清障車的設(shè)計(jì)更加合理，軸距和前后橋的承載能力更強(qiáng)，充分發(fā)揮底盤的性能。 (3)采用新技術(shù) 我國清障車的開發(fā)都是依靠模仿國外來完成的，要優(yōu)化和改進(jìn)我國清障車技術(shù)水平，采用新技術(shù)并運(yùn)用到清障車的整個(gè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、適用過程中，新技術(shù)的運(yùn)用有效的提高了我國清障車的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，從根本上就是降低了清障車的開發(fā)成本，這也是我國清障車未來發(fā)展的趨勢。 (4)生產(chǎn)自動化 我國清障車在生產(chǎn)方面要進(jìn)行重大的改善，淘汰以往的人工作坊，以此提高清障車的生產(chǎn)效率。自動化技術(shù)應(yīng)該在道路清障車的生產(chǎn)制造過程中普及，這樣不僅會提高道路清障車的生產(chǎn)效率，縮短制造周期而且在制造方面也能得到很大的保證。 (5)操作專業(yè)化 清障車的操作能力是非常重要的，一旦操作失誤，就會造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重的威脅人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。在高速公路這樣特殊的交通環(huán)境下，科學(xué)合理的操作清障車是十分必要的。因此，駕駛清障車的工作人員在上崗之前必須接受專業(yè)的培訓(xùn)，以便在工作時(shí)能準(zhǔn)確高效的完成工作任務(wù)。 1.3.3 影響我國清障車發(fā)展的因素 近幾十年的經(jīng)濟(jì)帶動了全國清障車的發(fā)展，我國的清障車市場也呈現(xiàn)日益繁榮的景象，反過來也對國民經(jīng)濟(jì)和滿足國內(nèi)各種需求做出了重要的貢獻(xiàn)。但是從清障車市場現(xiàn)狀看，我國清障車市場存在以下問題[9]。 （1）從廠家來看，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)失衡，發(fā)展不均。 國內(nèi)情懷在那個(gè)車品中劃分不夠細(xì)致，而且制造也是非常的單一不像國外的多樣化，沒有特別好的研發(fā)能力。通過網(wǎng)上資料也可以發(fā)現(xiàn)，眾多清障車的廠家產(chǎn)品基本類似，而且普遍集中在幾個(gè)型號，如東風(fēng)一拖二型、東風(fēng)后雙輪型、重汽后雙輪型及前四后八清障車等。產(chǎn)品沒有區(qū)分性，價(jià)格也相近，在有一些特殊地段需要的清障車時(shí)，對客戶的要求不能完全滿足。重、中、輕、高、中、普、特、新的比例嚴(yán)重失調(diào)。目前，國產(chǎn)高技術(shù)含量、高可靠性和高附加值的清障車仍不多。大多數(shù)清障車廠家首先不具備先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，而且清障車作為特種車輛其生產(chǎn)量不夠大，這也就導(dǎo)致了廠家不愿為其做過多投資，許多先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)不能流入。這個(gè)對小型清障車改裝企業(yè)更加明顯，嚴(yán)重制約了企業(yè)更好的發(fā)展。因此，應(yīng)逐步改變機(jī)械化程度低、手工作坊式的生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)規(guī)模和企業(yè)效益的突破。 （2）對整個(gè)行業(yè)大的環(huán)境來看，關(guān)鍵部件無法自主生產(chǎn)。 就我國現(xiàn)有的清障車底盤來說，專用底盤十分匱乏。底盤廠家以東風(fēng)、解放、重汽、北方奔馳和斯太爾為主，它們的底盤仍是普通型載貨（客）底盤，雖然采取了合作合資等方式，但是在水平上仍同國外先進(jìn)技術(shù)有差距。加上清障車廠家沒有能力自主生產(chǎn)，都是采用直接購買現(xiàn)有底盤，通過調(diào)整軸距等小幅度的變動來進(jìn)行改裝的，可以說是完全沒有技術(shù)儲備，在一定程度上也降低了車輛的總體技術(shù)水平。此外，關(guān)鍵零部件的落后也是一個(gè)很大的問題。以變幅和提升的液壓系統(tǒng)來說，雖然我國目前也成為世界上最大的液壓市場，可是高端液壓件無法自主生產(chǎn)，必須依賴于進(jìn)口，而這不僅使自己產(chǎn)品的成本提高，利潤率減少，競爭力降低，更要受到國外廠商的鉗制，所以國內(nèi)的產(chǎn)品往往無法跟隨潮流。 （3）清障車市場定位問題。 目前清障車的制造中往往會出現(xiàn)許多的仿制現(xiàn)象，廠家往往會對目前需求量大的清障車進(jìn)行集中生產(chǎn)，而放棄原有的有特色的技術(shù)，這樣不僅是市場競爭不合理，而且對清障車以后的發(fā)展也很不利，容易使整個(gè)行業(yè)受到打擊。 1.4目前國內(nèi)外典型道路清障車廠家及其代表車型 1.4.1國內(nèi)典型道路清障車廠家及其代表車型 目前，國內(nèi)道路清障車的生產(chǎn)廠家主要有三家，分別是沈陽北方交通重工集團(tuán)、廣東粵海汽車有限公司、徐工集團(tuán)隨車起重機(jī)有限公司。 （1）沈陽北方交通重工集團(tuán) 沈陽北方交通重工集團(tuán)在 1995 年年底制造出了中國第一輛全液壓式道路清障車。經(jīng)過將近 18年的摸索和創(chuàng)新實(shí)踐，沈陽北方交通重工集團(tuán)通過大量引進(jìn)先進(jìn)清障車制造企業(yè)（如美國的 Century 公司、Challenge 公司等）的關(guān)鍵技術(shù)和高科技人才，它的技術(shù)力量已經(jīng)非常雄厚。目前北方交通重工集團(tuán)已經(jīng)擁有涵蓋了從輕型到重型（6t～60t）各個(gè)層次，具備全面托牽能力的全面道路清障車集群。其中重型道路清障車是我國國內(nèi)道路清障車技術(shù)的領(lǐng)跑者。 （2）廣東粵海汽車有限公司 廣東粵海汽車有限公司是我國唯一的一家專用汽車生產(chǎn)的民營企業(yè)。廣東粵海汽車有限公司在道路清障車行業(yè)內(nèi)具有相當(dāng)高的聲譽(yù)。它擁有150多個(gè)道路清障車的品種?，F(xiàn)在廣東粵海汽車已經(jīng)具備年產(chǎn)3000輛道路清障車的能力，其擁有的先進(jìn)的道路清障車生產(chǎn)技術(shù)，一直是我國道路清障車的領(lǐng)跑者。 （3）徐工集團(tuán)隨車起重機(jī)有限公司 徐工集團(tuán)隨車起重機(jī)有限公司是是中國專注于隨車起重機(jī)、道路清障車等專用車輛研發(fā)及制造的大型企業(yè)。2012 年該公司聯(lián)合吉林大學(xué)和徐州工程機(jī)械研究院合作設(shè)計(jì)開發(fā)我國最大噸位道路清障車——QZF18A型道路清障車。它的作業(yè)能力完全能夠適應(yīng)目前我國所有道路清障作業(yè)的要求。QZF18A型道路清障車采用Volvo FM440104RB型底盤，最大托舉質(zhì)量達(dá)到了18t，最大拖牽質(zhì)量54t，最大吊重量可以達(dá)到60t，其托臂長度是國內(nèi)目前最長的，同時(shí)該型道路清障車配備多種作業(yè)裝置，操作性能良好，采用整體式結(jié)構(gòu)使整車布局更合理，從外觀看更美觀大氣。其作業(yè)性能參數(shù)和使用性能在我國道路清障車行業(yè)中處于先進(jìn)水平。 1.4.2國外典型道路清障車廠家及其代表車型 目前世界清障車行業(yè)最出色的生產(chǎn)商主要有美國的 Century、JERR-Dan、CHALLENGER、WRECKER，英國的BONIFACE，奧地利的EMPL，日本的TOKYU，加拿大的NRC等。 （1）Century公司 Century公司始終都是全球托吊分離可旋轉(zhuǎn)型道路清障車領(lǐng)跑者。它生產(chǎn)的新款旋轉(zhuǎn)型道路清障車。是廣泛的采取了眾多用戶的建議和意見之后改裝而成的。吊臂的起升能力可達(dá)到 27.2t，采用新型 1140 型絞盤，多個(gè)鋼絲繩掛鉤可以使被起吊重物在起升過程中更平穩(wěn)，這對于一些艱難的起吊作業(yè)來說是具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值的。托臂也是采用特殊性能的鋼材鑄造而成，所以整車的輕量化程度非常高。 （2）Boniface公司 Boniface公司在最近一次展出上亮相了一款新型道路清障車。在清障車的托車平臺上安裝了可收縮的車廂，這種車廂的導(dǎo)軌是用鋁合金做成的。當(dāng)這款道路清障車在托運(yùn)車輛時(shí)，就將帆布車廂拉上，這樣就和普通運(yùn)貨車輛一樣，這樣做不僅實(shí)用方便，而且外表看起來很美觀，更可以有效地避免事故車輛的駕駛員感覺到難堪。 （3）Challenger公司 最近，Challenger公司率先研發(fā)了一款裝配新型撐地支腿的清障車SP8000。只要拉動支腿的控制桿，就可以改變支腿的撐地狀態(tài)。當(dāng)在狀況不佳地面上工作時(shí)，就可以通過拉動控制桿將支腿變成鏟子形狀，然后在地面上鏟出一塊比較適合支腿工作的地面。另外，Challenger公司還研發(fā)了一款低重心平板型道路清障車。這款道路清障車的整體高度比普通平板型道路清障車的高度低 15～23cm，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于在有限高的道路上行駛時(shí)可以運(yùn)輸高度更高的貨物。 1.5主要研究的內(nèi)容 2014年，我國汽車產(chǎn)銷總量分別為2372萬輛和2349萬輛，同比增長7.3%和6.9%，連續(xù)六年排名全球第一。2014年國內(nèi)汽車保有量將近1.4億，，全國機(jī)動車駕駛?cè)硕嘤?.35億人，其中汽車駕駛?cè)硕嘤?.7億人。隨著我國機(jī)動車保有量的急劇增長和交通流量的增大，道路交通事故發(fā)生的頻率也越來越高。 隨著交通事故的增多，清障車的需求也越來越大。本課題從實(shí)際出發(fā)，通過對清障車全面的了解與分析，經(jīng)過對市場上現(xiàn)有的道路清障車的分析比較，結(jié)合自身所學(xué)的知識，在對清障車全面了解的基礎(chǔ)上完成對清障車的建模。 課題研究的主要內(nèi)容如下： （1）通過查閱相關(guān)資料及論文，了解道路清障車的發(fā)展歷史、發(fā)展前景以及目前發(fā)展中所存在的不足； （2）了解并熟悉清障車的基本參數(shù)、清障車的主要結(jié)構(gòu)以及清障車所要裝備的輔具等內(nèi)容，通過對比分析選定所要設(shè)計(jì)的清障車的類型； （3）結(jié)合自身所學(xué)知識計(jì)算建模所需參數(shù)，適當(dāng)完成對道路清障車結(jié)構(gòu)優(yōu)化的計(jì)算； （4）完成對道路清障車的建模。 1.6 本章小結(jié) 本章通過查閱相關(guān)資料了解了道路清障車的發(fā)展歷史以及研究現(xiàn)狀，撥那個(gè)列舉出了影響我國道路清障車發(fā)展的幾個(gè)因素；通過對比國內(nèi)外道路清障車的現(xiàn)狀找出了現(xiàn)階段我國道路清障車發(fā)展的方向；通過對本章中研究背景及意義的解讀明確了后面各章的工作，所以說本章是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的基石。 第2章 清障車的方案設(shè)計(jì) 在道路救援工作上，清障車的作用越來越重要。同其他專用車輛一樣，清障車也具有嚴(yán)格的分類，并不是所有的清障車都能適應(yīng)突發(fā)的救援工作，要依據(jù)不同的工作環(huán)境選擇合適的清障車結(jié)構(gòu)類型和型號。 2.1 清障車主要結(jié)構(gòu) 一般情況下清障車主要由基礎(chǔ)底盤、副車架、配重、警示燈、工作裝置、附具、動力及傳動系統(tǒng)和工具箱組成[10-13]。 (1) 基礎(chǔ)底盤 基礎(chǔ)底盤是清障車的重要組成部分，其功能包括為清障車作業(yè)提供動力源、裝置各個(gè)部件和作業(yè)行走。目前，我國的清障車的基礎(chǔ)底盤大部分采用通用載重汽車二類底盤。 （2）副車架 車架是整車承載的基石，全部的附件通過螺栓或鉚釘與車架牢牢固定在一起。清障車的各種專用裝置都直接或間接地安裝在汽車底盤車架上，即底盤車架是清障上專用裝置的主要承載構(gòu)件。設(shè)計(jì)中，為了防止底盤車架縱梁的應(yīng)力集中，使縱梁載荷均勻分布，不影響清障車的正常作業(yè)和正常行駛，必須設(shè)置副車架（一般在專用裝置與底盤車架之間采用副車架過渡）。副車架與基礎(chǔ)底盤剛性聯(lián)結(jié)。各種動作部件均裝置在副車架上，使作用在基礎(chǔ)底盤上的載荷趨于均布。 （3）配重 清障車在工作時(shí)基本上各項(xiàng)作業(yè)的負(fù)荷都是作用于后軸之上。根據(jù)這一特性，為了使底盤前后軸車載質(zhì)量合理分布，以保持其良好的行駛性能，應(yīng)在前軸前面設(shè)置適當(dāng)質(zhì)量的配重。 (4)警示燈 清障車警燈架是安裝警燈的部件。它將警燈舉過駕駛室頂部，對前后車輛和行人起警示作用。 (5)工作裝置 一般清障車的工作裝置主要包括托舉系統(tǒng)、卷揚(yáng)系統(tǒng)和著地系統(tǒng)。實(shí)施托舉作業(yè)的托舉系統(tǒng)由舉升臂、折臂、伸縮臂和舉升液壓缸組成。卷揚(yáng)系統(tǒng)由液壓絞盤，以及固定在舉升臂上的導(dǎo)向輪和安裝在伸縮臂上的起吊滑輪組成。該系統(tǒng)用于起吊和拖拽作業(yè)。 著地系統(tǒng)由安裝在底盤后部的兩個(gè)支腿組成。兩支腿可通過液壓缸的伸縮實(shí)現(xiàn)著地和離地。支腿主要用于起吊作業(yè)時(shí)著地，保持整車穩(wěn)定性，拖拽作業(yè)時(shí)著地，提高整車與地面的附著力，防止清障車輪胎過載。支腿支腳有齒支腳和平支腳，以適應(yīng)不同的地面狀況。 (6)輔具 所謂輔具就是輔助清障車工作的工具的統(tǒng)稱，是清障車作業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分。輔具用于肇事車輛的穩(wěn)固，一般分為以下幾種：承載類輔具、安全鎖緊類輔具、破拆類輔具、牽引類輔具和消防輔具。 a.承載類輔具：有輔助輪胎、叉架、叉座和輪胎托架等，這幾種類型的附具要求較高，而且為了減少工作人員的勞動強(qiáng)度。在國外，高強(qiáng)度鋁合金材料的輪胎托架都已經(jīng)開始采用。該類輔具要求沖擊韌性和剛度好、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕等，優(yōu)先選用普通低合金結(jié)構(gòu)鋼（如 HG60）壓型制造。 b.安全鎖緊類輔具:重型清障車一般都要配備安全鎖緊類輔具。特別是在國外，對這類清障車輔具更是重視，因?yàn)樵谕蠣啃旭傔^程或者是搶險(xiǎn)過程中，必須保證被施救車輛的穩(wěn)定性，避免二次損壞，所以這類輔具也都配備比較齊全。這類輔具常用有兩種形式：帶式的緊固帶及配套緊固器和鏈條式的鋼鏈條及鎖緊器。（如下圖 2-1 和圖 2-2 所示。） c.破拆類輔具：清障車施救搶險(xiǎn)的同時(shí)，不僅是為了保證交通的流暢，更可能伴隨著人員的生命安全，必要時(shí)需要切割事故車輛，優(yōu)先搶救駕駛?cè)藛T和乘客。在流量大的重要路段和高速公路上，這類輔具是非常適合排障、搶險(xiǎn)和救援作業(yè)的。比較常見的破拆類工具有：多功能液壓剪（如圖2-3所示）、液壓擴(kuò)張器、多功能液壓鉗等，這類工具要具有高強(qiáng)度、體積重量小和操控靈活簡單可靠的特點(diǎn)。 圖2-1 緊固帶及緊固器 圖2-2 鋼鏈條及鎖緊器 d. 牽引類輔具：牽引類輔具包括鋼絲繩、牽引架和硬拖具。高速公路上的汽車事故多是碰撞和側(cè)翻，很少有事故車輛停在合適的位置，鋼絲繩具有伸縮和方向的自由度，是拖拽及扶正它們的必備工具。硬拖具和托架現(xiàn)在使用的較少，大多數(shù)清障車的托臂已經(jīng)能完成這部分功能。 圖2-3 多功能液壓剪 e.消防輔具：消防輔具主要是指滅火器，清障車輛必須配置這類輔具。由于事故車輛的種類繁多，很可能運(yùn)載易燃易爆物品，甚至事故車輛的發(fā)動機(jī)等引起火災(zāi)，在救援趕到時(shí)要第一時(shí)間撲滅煙火，保證人員安全，并避免更大的事故發(fā)生。泡沫滅火器和干粉滅火器是最常用的兩種配置，一般一個(gè)清障車應(yīng)各配置一個(gè)小于6kg或者9L的。 輔具的類型根據(jù)不同地區(qū)具體情況各有不同，可自行添加，添加時(shí)應(yīng)按照：安全、高效、易操作和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則。 （7）傳動及控制系統(tǒng) 國內(nèi)外現(xiàn)在清障車均采用液壓傳動。液壓系統(tǒng)由液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸、多路換向閥、液壓油箱和液壓管路等組成。一般由基礎(chǔ)底盤驅(qū)動液壓泵提供液壓油使絞盤和液壓缸實(shí)施有關(guān)動作，以完成相應(yīng)的作業(yè)。其控制系通過多路換向閥手柄操作，也可以通過電液元件實(shí)行遠(yuǎn)距離控制。 取力時(shí)通過安裝在汽車駕駛室內(nèi)的手柄的動作，經(jīng)過軟拉線使取力齒輪與汽車變速箱內(nèi)取力輸出齒接合或分離，從而使油泵工作或停止。取力器接合后，油泵工作，高壓油進(jìn)入多路換向閥。通過操控?fù)Q向閥上不同的手柄，即可進(jìn)行各種動作。牽引時(shí)，高壓油驅(qū)動液壓馬達(dá)帶動絞盤，控制鋼絲繩的“收”或“放”。換向閥上附裝有平安溢流閥以維護(hù)液壓系統(tǒng)超載。其中升降液壓缸及托臂提升液壓缸的下端均接有均衡閥，能夠有效的避免液壓缸在向下運(yùn)動的過程中產(chǎn)生沖擊，起到保壓作用（車輛行駛過程中，應(yīng)該把鋼絲繩末端的鉤拉緊掛在托舉機(jī)構(gòu)的垂直臂上[14]）。 （8）工具箱 工具箱是以薄鋼板焊接而成的全金屬箱體，通過副車架置于底盤兩側(cè)，用于放置附具和隨車工具。工具箱的布置要考慮到清障車的通過性和對軸荷的影響。 2.2清障車的分類 除了清障車共有的幾個(gè)總成外，不同分類的清障車要求有不同的承載能力、工作范圍和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。下面對清障車的分類和結(jié)構(gòu)作以介紹。 (1)清障車按照噸位可以分為三類：8噸以下的輕型車；8到 20噸的中型車；20噸以上的重型車。其中，輕型車主要有2噸、3噸、5噸、6噸等幾種型號；中重型車主要有8噸、10噸、15噸、20噸等幾種型號；超重型車主要有25噸、30噸、38噸、48噸、50噸、60噸等幾種型號。 (2)按其使用特點(diǎn)可分為：運(yùn)載類、起吊牽引類。運(yùn)載類是將損壞的車輛牽引到運(yùn)載車上運(yùn)走；起吊牽引類是用車上安裝的起吊牽引裝置把損壞汽車的一端托起(或吊起)離開地面，另一端仍然著地，然后由起吊牽引式清障車拖離現(xiàn)場。 (3)按結(jié)構(gòu)類型分：托吊分離型、托吊聯(lián)體型、平板型、普通型四大系列，而拖吊分離型又可分為吊臂旋轉(zhuǎn)與吊臂不旋轉(zhuǎn)。各系列特點(diǎn)如下。 a.平板型清障車：平板清障車主要工作裝置包括滑板總成、傾斜梁和托臂機(jī)構(gòu)。 滑板總成主要由滑板、滑動軌、絞盤、變幅缸、水平伸縮缸等組成。通?；宓膬芍髁翰捎么蠼孛妗⒖箯潖?qiáng)度高的矩形截面，而且由 16Mn 鋼板折彎焊接制作，具有良好的機(jī)械性能；同時(shí)考慮到被處理車輛的重量及傾斜時(shí)受力情況，設(shè)計(jì)時(shí)將滑動軌截面增大，同時(shí)所有支撐梁采用方管，使滑板整體具有足夠的強(qiáng)度。水平伸縮油缸可實(shí)現(xiàn)滑板的準(zhǔn)確落地。絞盤可以實(shí)施對被處理車輛的牽引、起吊和扶正作業(yè)。變幅油缸的功能是使滑板傾斜規(guī)定的角度，便于被處理車輛上滑板。傾斜梁是平板清障車的重要機(jī)構(gòu)，它不僅承擔(dān)著滑板的固定軌道，而且是主要承載體。托臂機(jī)構(gòu)采用四連桿機(jī)構(gòu)，能使伸縮臂水平落地，提升時(shí)產(chǎn)生一定的正仰角。伸縮臂及連桿機(jī)構(gòu)均由 16Mn 鋼板制作，伸縮臂內(nèi)有伸縮缸，可實(shí)現(xiàn)對夾輪機(jī)構(gòu)的伸縮作業(yè)，也可調(diào)整清障車與被拖車間距[15]（如圖 2-4所示）。 缺點(diǎn)： a).該類清障車沒有托舉能力，只能靠吊車或其他清障車支援滑出路面的事故車輛。 b).絞盤的收、放繩速度一般比較慢，會花費(fèi)更長的時(shí)間才能將故障車拖上平板。 c).平板車的托臂受結(jié)構(gòu)的限制，放平的時(shí)候不能完全放低到地面，只能放低到一個(gè)相對較小的角度進(jìn)行托臂伸縮來托起事故車。因此對一部分底盤很低的事故車，比如跑車、高檔的轎車，在清障時(shí)更容易碰傷該車的保險(xiǎn)杠，造成事故車輛的二次傷害。 圖2-4 平板一拖二清障車 b.托吊分離型：托吊分離型清障車最主要的工作裝置是吊臂和托舉機(jī)構(gòu)。該車吊臂和托舉裝置能分開互不影響的工作，其中吊臂類型又可以分為旋轉(zhuǎn)和不旋轉(zhuǎn)兩種形式（如圖2-5所示）。 吊臂旋轉(zhuǎn)式托吊分離型清障車一般為 4 或 5 軸的重型清障車，使用范圍比較廣泛。吊臂通過銷軸安裝在回轉(zhuǎn)臺上，回轉(zhuǎn)臺帶動吊臂實(shí)現(xiàn) 360°回轉(zhuǎn)。吊臂一般為兩節(jié)臂或三節(jié)臂，同起重機(jī)一樣，內(nèi)有伸縮油缸，可根據(jù)需要進(jìn)行伸縮。在豎直平面內(nèi)變幅液壓缸的作用下，吊臂可以進(jìn)行 1-30°的角度變化，以適應(yīng)更多的工況?；剞D(zhuǎn)平臺的后座上布置兩個(gè)液壓絞盤，在吊臂旋轉(zhuǎn)和變幅一定時(shí)，對事故車輛實(shí)現(xiàn)拖拽、起吊或?qū)?cè)翻的車輛進(jìn)行扶正以便拖牽或移動。 吊臂不旋轉(zhuǎn)的托吊分離型清障車一般為 2 軸或 3 軸的中型清障車，與旋轉(zhuǎn)吊臂式清障車比較，沒有回轉(zhuǎn)臺，吊臂不能在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，而是固定在底盤上的副車架上；另外液壓絞盤是直接安裝在吊臂上，使用范圍有一定局限，使用的噸位和工況不廣泛，有被托吊聯(lián)體型清障車取代的趨勢。 托舉總成是清障車最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由三部分組成：托舉機(jī)構(gòu)、擺動臂和托具。托舉機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)擺動臂上下移動和擺動的裝置，當(dāng)擺動臂通過托具將事故車輛固定好后，由托舉機(jī)構(gòu)將被拖車脫離地面一定距離，并使擺動臂后部上擺一個(gè)小角度（一般為7°，主要是為了避免在上坡行駛過程中托具和被拖車輛的底盤或保險(xiǎn)杠碰撞）。托具是被拖車輛托起和夾緊的直接接觸工具，通常由輪胎托叉、托叉橫梁和托叉座組成，通過托叉座的銷軸孔與擺動臂末節(jié)的伸縮臂相聯(lián)。 圖2-5 拖吊分離型清障車的工作狀態(tài) c.托吊聯(lián)體型：這種類型的清障車與托吊分離型不旋轉(zhuǎn)吊臂的清障車大體結(jié)構(gòu)相似，只是該清障車的托舉總成沒有連接到副車架上，而是在吊臂末端下部焊接了一個(gè)與該臂垂直的副臂，當(dāng)擺動臂將被拖車輛固定好后，只需舉升吊臂就能將被拖車輛托起，同時(shí)擺動臂自然形成一個(gè)向上的小角度，同樣起到保護(hù)被拖車輛的保險(xiǎn)杠和防止滑脫的作用（如圖2-6所示）。 1：液壓絞盤 2：吊臂 3：托舉裝置 圖2-6 拖吊連體型清障車及其工作狀態(tài) d.其他類型的清障車：事故車輛的復(fù)雜性，決定了沒有一種清障車能夠適應(yīng)過多的突發(fā)狀況，這就要求廠家能夠分地區(qū)、分類別更加細(xì)化清障車市場，做出更多的新結(jié)構(gòu)、新規(guī)格的清障車。 如上述的平板清障車，針對其不能拖拽扶正事故車輛缺點(diǎn)，有些國內(nèi)廠家結(jié)合隨車起重機(jī)的形式，改進(jìn)的多功能清障車，如圖2-7所示。 圖2-7 帶隨車吊的一拖二清障車 針對平板清障車在城市中使用較多，家用轎車昂貴易蹭壞的特點(diǎn)，把平板的起升部分進(jìn)行了變形（如圖2-8所示），使平板原有的大小約為 11°的傾斜角，變?yōu)榱藥缀跖c地面平行的水平角度，工作時(shí)拖拽和防護(hù)性能有了很大改善。 圖2-8 改進(jìn)的一拖二清障車 2.3 清障車的配置使用 選擇清障車時(shí)應(yīng)關(guān)注：適合工作需要，能夠滿足需求且不浪費(fèi)清障車能力的組合。還應(yīng)注意：根據(jù)清障作業(yè)的要求，確定道路清障車的類型。不同的清障作業(yè)環(huán)境，要求有不同的清障車配置。同樣的高速公路，每個(gè)路段通車情況不同，有些是以長途客車或中型載貨汽車為主，有些卻是大重型載貨汽車較多。對這種狀況，清障車的配置肯定要有所不同，前種情況應(yīng)多配置攜帶能清除大客車裝置的中重型清障車，后種情況則應(yīng)使用超重型清障車。對城區(qū)部門，有的地段需要清除的違章轎車較多，而有的地段則需要清除較多的違章摩托車。同樣的，前者應(yīng)配置托舉為夾具型的清障車，后者應(yīng)配置帶摩托升降平臺的清障車。 2.4 研究對象參數(shù)介紹 本課題研究對象是某公司的托吊聯(lián)體型清障車，其主要技術(shù)參數(shù)如下表 2-1 研究對象底盤參數(shù)如表2-2 表2.1研究對象主要技術(shù)參數(shù) 總質(zhì)量 4990 額定載質(zhì)量 外形尺寸 5995×1960×2880,2380 整備質(zhì)量 4315,3285 貨廂尺寸 ×× 額定載客 準(zhǔn)拖掛車總質(zhì)量 駕駛室準(zhǔn)乘人數(shù) 3 載質(zhì)量利用系數(shù) 接近角/離去角 20/14 前懸/后懸 1115/1580 軸數(shù) 2 軸距 3300 軸荷 1945/3045,1480/3510 最高車速 95 其它 該清障車選裝不帶垂直升降平臺,帶垂直升降平臺時(shí),對應(yīng)整車高度2880mm,托舉質(zhì)量480kg;不帶垂直升降平臺時(shí),對應(yīng)整車高度2380mm,托舉質(zhì)量1510kg;隨底盤選裝駕駛室;側(cè)面防護(hù)裝置材料材質(zhì):Q235,裙邊結(jié)構(gòu). 表2-2 研究對象底盤參數(shù) 底盤型號 EQ1051TJ35D3 底盤名稱 載貨汽車底盤 商標(biāo)名稱 東風(fēng)牌 生產(chǎn)企業(yè) 東風(fēng)汽車股份有限公司 外形尺寸 5845×2090×2185 輪胎數(shù) 4 接近角/離去角 20/16 輪胎規(guī)格 7.00-16,7.00R16 鋼板彈簧片數(shù) 8/9+5 前輪距 1586 燃料種類 柴油 后輪距 1530 排放標(biāo)準(zhǔn) GB3847-2005,GB17691-2005國Ⅲ 發(fā)動機(jī)型號 發(fā)動機(jī)生產(chǎn)企業(yè) 排量 功率 2.5 托舉裝置結(jié)構(gòu)分析 托舉裝置由提升機(jī)構(gòu)、托臂、托架及其對應(yīng)的動作油缸等組成，通過托架上的托叉或抱胎工具等附具與事故車輛相連。其工作原理為： （1） 托臂通過擺動缸由行駛狀態(tài)擺動至拖車狀態(tài)； （2） 托臂伸縮至事故車輛前橋下方使托叉或抱胎工具與事故車輛相連； （3） 提升機(jī)構(gòu)提升使事故車輛前橋脫離地面。 2.5.1 提升機(jī)構(gòu) 提升機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)形式可分為滑道式、連桿式、副臂式。 （1）滑道式提升機(jī)構(gòu)主要由導(dǎo)軌、舉升油缸、提升臂 等構(gòu)成，舉升油缸布置在提升臂的后側(cè)，按空間大小可布置為單油缸和雙油缸，導(dǎo)軌兩側(cè)有滑道。舉升油缸帶動提升臂沿導(dǎo)軌的滑道上下移動實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)的提升動作。 （2）連桿式提升機(jī)構(gòu)主要由連桿、導(dǎo)軌、提升臂、舉升油缸等組成。舉升油缸布置在提升臂的左右兩側(cè)，為雙油缸布置形式。舉升油缸帶動提升臂左右導(dǎo)軌限制下繞連桿與車架的交點(diǎn)轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)的提升動作。 （3）副臂式提升機(jī)構(gòu)主要由副臂、導(dǎo)軌、舉升油缸等組成。舉升油缸布置在副臂的兩側(cè)。舉升油缸帶動副臂繞副臂與車架連接處的交點(diǎn)轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)的提升動作。 2.5.2 托臂連接形式 托臂一般為三節(jié)式結(jié)構(gòu)，通過并列雙伸縮缸控制其伸縮動作，通過擺動缸實(shí)現(xiàn)展開與收起。托臂與提升機(jī)構(gòu)的連接形式分小油缸連接和大油缸連接。 （1）小油缸連接為托臂后點(diǎn)通過小缸徑擺動缸與提升臂連接。托臂擺動的兩個(gè)極限位置，均通過機(jī)械限位，擺動缸僅起到展開、收起托臂的作用，托起和托牽事故車輛過程中擺動缸不受力。 （2）大油缸連接為托臂后點(diǎn)通過大缸徑擺動缸與提升臂連接。各個(gè)廠家此結(jié)構(gòu)也不盡相同，有采用托臂前交點(diǎn)直接與提升臂下交點(diǎn)相連接，有采用增加三角臂的形式間接連接。 2.5.3分析比較 （1）提升機(jī)構(gòu) 滑道式提升機(jī)構(gòu)整體式導(dǎo)軌與底盤大梁和副車架大梁相連，以底盤、車架橫梁為支撐，其焊接量比較大，不易于控制，導(dǎo)軌的左右滑道要求對稱度高，比其它提升結(jié)構(gòu)的制作難度大；底盤改造難度大，涉及到底盤橫梁局部改造；通用性差，不同廠家的底盤寬度不一致，導(dǎo)致同一噸位提升機(jī)構(gòu)多樣化。該機(jī)構(gòu)在提升時(shí)，托臂保持角度不變。連桿式和副臂式提升機(jī)構(gòu)由獨(dú)立的構(gòu)件組成，對底盤的改動量較小，交點(diǎn)分布在副車架上，可認(rèn)為一種四連桿結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)比較可靠；機(jī)構(gòu)在提升時(shí)，托臂自然形成一個(gè)較小的上擺角，可以有效地避免事故車輛滑脫。副臂式提升機(jī)構(gòu)因油缸在副車架上方空間限制較小更易于布置，托舉能力大。 （2）托臂連接形式 小油缸連接結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是擺動缸布置空間大，易布置和安裝，托牽事故車輛比較安全可靠，缺點(diǎn)是托臂擺動過程中無負(fù)角度，對于特殊工況的事故車輛不能托牽，托臂在托起過程中，結(jié)構(gòu)間隙及撓度等因素導(dǎo)致托臂由水平狀態(tài)出現(xiàn)下傾趨勢，可能造成被托車輛下滑；大油缸結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是對于各種工況都能夠托牽，增加了車輛負(fù)角度作業(yè)能力，缺點(diǎn)是擺動缸缸徑大，不易布置和安裝；通過三角臂增大擺動缸的力臂形式，一定程度上縮減了擺動缸缸徑，使結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化。托臂的連接方式因大油缸的優(yōu)越性，各大廠家多采用該連接形式。 2.6本章小結(jié) 本章對道路清障車進(jìn)行了系統(tǒng)的分類，并且對各種清障車進(jìn)行了優(yōu)劣的比較和輔具的認(rèn)識。確定了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究方向，為第三章的分析計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。通過對本章的閱讀便可對道路清障車有一個(gè)基本的了解。 第3章 清障車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 在進(jìn)行清障車的總體工作性能分析時(shí)，主要考慮以下問題。 （1）確定作業(yè)能力：根據(jù)作業(yè)對象，確定其主要作業(yè)能力，即起吊能力和托舉能力。 （2）選擇基礎(chǔ)底盤：根據(jù)主要作業(yè)能力，選擇基礎(chǔ)底盤。托舉能力小于 2t的小型清障車，一般選擇 5t 級載重汽車底盤；托舉能力 2~5t 的中型排障車，一般選擇 10t 級載重汽車底盤；托舉能力 5~10t 的大型清障車，一般選擇 15t 級以上載重汽車底盤，并最好采用三橋車型。 （3）合理設(shè)計(jì)工作部件：進(jìn)行工作部件設(shè)計(jì)時(shí)，其主要參數(shù)（如伸縮臂最大長度、最小托舉能力和起吊能力等）必須滿足作業(yè)對象結(jié)構(gòu)尺寸和載荷大小的要求。 （4）合理設(shè)置配重：配重的設(shè)置是清障車設(shè)計(jì)中不可忽視的重要問題。合理設(shè)置配重不僅是按基礎(chǔ)底盤使用要求分布軸載質(zhì)量的需要，而且關(guān)系到基礎(chǔ)底盤承載能力的充分發(fā)揮。 3.1后懸距及尾橫梁分析 清障車的額定托舉質(zhì)量僅與軸距、后懸距、整備質(zhì)量及前后軸載有直接關(guān)系，負(fù)載示意圖如圖3.1所示。G1 、G2為負(fù)載時(shí)前、后軸軸荷。令n=R/L，n為后懸距系數(shù)，L為軸距，R為后懸距。 圖3-1 負(fù)載示意圖 則，當(dāng)托舉起額定載荷W后，前軸載荷減少 (3.1) 后軸載荷增加 (3.2) 式中，W為額定托舉質(zhì)量。 由式(3.1)、(3.2)可知，R越小，前軸載荷減少越小，后軸載荷增加越小。 3.2吊臂位置布置 工作臂分為吊臂、連接臂及托臂，此處不考慮工作臂自重， 則工作裝置受力簡化為如圖3.2所示。液壓缸與吊臂鉸點(diǎn)處的支反力 （3.3） 吊臂與支座鉸點(diǎn)處的支反力 （3.4） （3.5） 式中，L為工作臂水平總長，為托臂長,為托臂與吊臂端點(diǎn)間水平長,為吊臂與支座的鉸點(diǎn)和液壓缸與吊臂的鉸點(diǎn)間的水平距離，為液壓缸與吊臂的鉸點(diǎn)和托臂間豎直距離，為吊臂端點(diǎn)到托臂間的豎直距離，θ為舉升缸與x軸方向的夾角，φ為吊臂與x軸方向的夾角。 圖3-2工作裝置受力簡圖 由式(3.3)～(3.5)可知，增加吊臂與支座的鉸點(diǎn)和液壓缸與吊臂的鉸點(diǎn)間的水平距離，液壓缸的支反力將減小。液壓缸越接近垂直位置，其支反力越小。因此，吊臂與支座的鉸點(diǎn)應(yīng)盡量布置在靠近駕駛室后端，液壓缸與吊臂的鉸點(diǎn)應(yīng)布置在后橋軸線上方。起始吊臂角度為12°，舉升缸完全舉升后吊臂角度設(shè)計(jì)為20°，其最大舉升高度h=688 mm。 3.3清障車最大托舉質(zhì)量 根據(jù)《清障車》國標(biāo)QC/T 645-2005規(guī)定的清障車托舉機(jī)構(gòu)在行程最小時(shí)的額定托舉質(zhì)量為最大托舉質(zhì)量。它是托吊連體型清障車作業(yè)能力的一個(gè)重要參數(shù)。清障車在托牽作業(yè)時(shí)，前軸軸荷不能低于底盤總質(zhì)量的15%；清障車的托舉質(zhì)量與托牽質(zhì)量的比值大于或等于20%。清障車各單軸的軸荷及總質(zhì)量的最大限值見表3-1。 表 3-1 清障車軸荷及質(zhì)量最大限值表 （kg） 最大托舉質(zhì)量 車輛型式 單軸最大限值 前軸軸荷 后軸軸荷 每側(cè)單胎 每側(cè)雙胎 ≤6500 二軸 8000 / 13000 ≤9000 三軸 8000 / 13000 ≤14000 四軸 9000 10000 13000* ≤18000 五軸 9000 10000 13000* *在最大拖牽狀態(tài)時(shí)，后軸軸荷不得超過其允許載荷的 20%，其最大總質(zhì)量不得超過各車軸軸荷之和。 《清障車》國標(biāo)QC/T 645-2005規(guī)范性附錄C提供了清障車最大托舉質(zhì)量計(jì)算規(guī)范，作業(yè)受力圖如圖3-3所示： 圖3-3 清障車作業(yè)受力圖 圖中： 為最大托舉質(zhì)量；P為前端配重；為前軸空載質(zhì)量；G為整車整備質(zhì)量；為后軸空載質(zhì)量； 為前端配重至前軸距離；L為軸距；為最小后托距。[]、[]、[]為前后軸的最大許用載荷和整車滿載質(zhì)量。 按照前軸軸荷不能低于總質(zhì)量的15%計(jì)算，此時(shí)計(jì)算的最大托舉質(zhì)量記為在的作用下，前軸實(shí)際軸荷變?yōu)? 其值要大于總質(zhì)量，即： （3.6） 即： （3.7） 按表3-1，清障車在進(jìn)行托舉作業(yè)時(shí)后軸軸荷不能超過許用值的 20%，此時(shí)計(jì)算的最 大 托 舉 質(zhì) 量 記 為。 在的作用 下 ， 后 軸 實(shí) 際 軸 荷 變 為其值不能超過許用軸荷的20%，即 (3.8) 即： (3.9) 取、之間的最小值為最大托舉質(zhì)量。 帶入現(xiàn)有二類底盤得 =3.2t,=4.3t。故其最大托舉質(zhì)量約為3t。 3.4 前后軸軸荷對托舉能力的影響 在整備質(zhì)量G一定的情況下，增大 ，就必然減小。經(jīng)換算有 (3.10) (3.11) 由3.10、3.11式可以看到，增大，減小對提高最大托舉質(zhì)量的都是有利的。但的增加遠(yuǎn)大于的增加。 3.5清障車動力性計(jì)算 動力性是汽車的主要性能之一。對清障車而言,空載要求其有較高的車速; 拖載運(yùn)行時(shí)考慮其操縱穩(wěn)定性和制動性,故限其拖載運(yùn)行車速在50 km /h以內(nèi),在動力性方面著重要求其爬坡能力。汽車行駛過程中,發(fā)動機(jī)功率等于機(jī)械傳動損失功率與行駛阻力消耗功率之和: （3.12） 式中G為清障車總質(zhì)量；ZT為傳動系數(shù)；為滾動阻力系數(shù)；為行駛速度（Km/h）；T為坡道角度；CD為空氣阻力系數(shù)；A為汽車應(yīng)峰面積；W為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；dv /dt為 汽車行駛加速度（）。 已知該道路清障車的變速器各檔傳動比ig1= 7. 3, ig2= 4. 29, ig3= 2. 41, ig4= 1. 48, ig5= 1, i0=6.41, r= 0. 50 m,ZT= 0. 86, A= 4. 2 m2 ,CD= 0. 9, f = 0. 015。求得: 空載最高車速(T= 0, dv /dt= 0): Vmax = 90. 53 km /h; 空載最大爬坡度(dv /dt= 0): i = 54. 3% (坡度角T= 28. 5°) ; 滿載時(shí)最大爬坡度(dv /dt= 0): i = 12% (坡度角T= 7. 01°)。 3.6本章小結(jié) 本章包含了整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的計(jì)算部分，是建模的基礎(chǔ)，通過對本章的完善便可對道路清障車的建模有初步的概念。其中涉及到的動力匹配和軸荷分配對清障車的使用有很關(guān)鍵的影響。 39 第4章 道路清障車的建模 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在完成了對道路清在那個(gè)車的了解分類以及計(jì)算后，還應(yīng)用所學(xué)知識對道路清障車進(jìn)行了建模。 目前市場上主流的三維建模軟件有3D max，solidwork CATIA pro/e UG等。其中UG以其強(qiáng)大的三維建模能力獲得了廣泛的市場。 4.1 UG簡介 UG是Unigraphics的縮寫，這是一個(gè)交互式CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個(gè)人用戶的迅速增長，在PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長，目前已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計(jì)的一個(gè)主流應(yīng)用[25]。 UG的開發(fā)始于1990年7月，它是基于C語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。UG NX是一個(gè)在二和三維空間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個(gè)靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件工具。其設(shè)計(jì)思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對許多不同的應(yīng)用再利用[26]。 UG的目標(biāo)是用最新的數(shù)學(xué)技術(shù)，即自適應(yīng)局部網(wǎng)格加密、多重網(wǎng)格和并行計(jì)算，為復(fù)雜應(yīng)用問題的求解提供一個(gè)靈活的可再使用的軟件基礎(chǔ)。 4.1.1 UG的結(jié)構(gòu) UG具有三個(gè)設(shè)計(jì)層次，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(architecturaldesign)、子系統(tǒng)設(shè)計(jì)(subsystemdesign)和組件設(shè)計(jì)(componentdesign)[25]。 UG作為世界主流的三維軟件自然擁有其自身的特點(diǎn)，其中主要包括： (1)具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，真正實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE/CAM等各模塊之間的無數(shù)據(jù)交換的自由切換，可實(shí)施并行工程。 (2)采用復(fù)合建模技術(shù)，可以融合實(shí)體建模、曲面建模幾何建模與數(shù)字建模。 (3)用基于特征（如孔、凸臺、型膠、槽溝、倒角等）的建模和編輯方法作為實(shí)體造型基礎(chǔ)，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)辦法，并能用參數(shù)驅(qū)動。 (4)曲面設(shè)計(jì)采用非均勻有理B樣條作基礎(chǔ)，可用多種方法生成復(fù)雜的曲面，特別適合于汽車外形設(shè)計(jì)、汽輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)等復(fù)雜曲面造型。 (5)出圖功能強(qiáng)，可十分方便地從三維實(shí)體模型直接生成二維工程圖。能按ISO標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)標(biāo)注尺寸、形位公差和漢字說明等。并能直接對實(shí)體做旋轉(zhuǎn)剖、階梯剖和軸測圖挖切生成各種剖視圖，增強(qiáng)了繪制工程圖的實(shí)用性。 (6)以Parasolid為實(shí)體建模核心，實(shí)體造型功能處于領(lǐng)先地位。目前著名CAD/CAE/CAM軟件均以此作為實(shí)體造型基礎(chǔ)。 (7)提供了界面良好的二次開發(fā)工具GRIP（GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING）和UFUNC（USER FUNCTION），并能通過高級語言接口，使UG的圖形功能與高級語言的計(jì)算功能緊密結(jié)合起來。 (8)具有良好的用戶介面，絕大多數(shù)功能都可通過圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)；進(jìn)行對象操作時(shí)，具有自動推理功能；同時(shí)，在每個(gè)操作步驟中，都有相應(yīng)的提示信息，便于用戶做出正確的選擇。 4.1.2UG與其他三維軟件相比所占的優(yōu)勢 來自SiemensPLM 的 NX使企業(yè)能夠通過新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向產(chǎn)品全生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。 NX 包含了企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的集成應(yīng)用套件，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程和制造全范圍的開發(fā)過程 如今制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)是，通過產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新，在持續(xù)的成本縮減以及收入和利潤的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了真正地支持革新，必須評審更多的可選設(shè)計(jì)方案，而且在開發(fā)過程中必須根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)中所獲得的知識更早地做出關(guān)鍵性的決策。 4.2各部件的UG建模 4.2.1道路清障車的總體建模 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過查閱大量的資料，對目前的道路清障車進(jìn)行了系統(tǒng)的了解，并在此基礎(chǔ)上完成了對道路清障車的三維建模，如圖4-1所示。 圖4-1 道路清障車的建模 由于時(shí)間和能力有限，本次設(shè)計(jì)僅僅完成了對道路清障車執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及整車外形的建模 4.2.2液壓缸的建模 本次設(shè)計(jì)中液壓缸屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)中不可忽略的組成部件，道路清障車若想完成托舉動作必須通過液壓缸的工作，本次液壓缸建模所用參數(shù)如表4-1所示?，F(xiàn)在許多的廠家也開始對液壓缸進(jìn)行改進(jìn)，使之能更好的應(yīng)用于道路清障車上以便讓清障車最大限度的發(fā)揮其靈活快速的優(yōu)勢，但這些創(chuàng)新仍未普及，所以此次建模遵找傳統(tǒng)液壓缸的設(shè)計(jì)，如圖4-2a、b